Cálculo do trocador de calor: o exemplo. Cálculo da zona, o poder do trocador de calor

Cálculo do trocador de calor agora leva menos de cinco minutos. Calquera organización que produce e vende estes equipos normalmente dá a todos o seu propio programa de contratación. El se pode descargar de balde na web da empresa ou o seu técnico virá para a súa oficina e instala-lo de balde. Con todo, como resultado de tales cálculos é correcta, podemos nós confío nel e non ser intelixente o fabricante loitando no concurso cos seus competidores? Vendo calculadora electrónica require coñecemento ou polo menos a comprensión de métodos modernos de cálculo de trocador de calor. Imos tratar de resolver os detalles.

¿Que é un trocador de calor

Antes de realizar o cálculo do trocador de calor, lembremos nos, e que tipo de tal dispositivo? Teplomassoobmennyh aparello (tamén coñecido como intercambiador de calor, tamén coñecido como dispositivo de intercambio de calor ou TOA) - un dispositivo de transferencia de calor a partir dun fluído de refrixeración para o outro. No proceso, os cambios de temperatura do líquido de refrixeración tamén cambiar a súa densidade e, polo tanto, a masa índices substancias. É por iso que tales procesos son referidos como calor e transferencia de masa.

tipo de transferencia de calor

Agora imos falar sobre os tipos de transferencia de calor - hai só tres. Radiación - transferencia de calor por radiación. Como exemplo, podemos lembrar a baños de sol na praia nun día quente de verán. E aínda estes trocador de calor se pode atopar no mercado (quentadores de aire tubo). Con todo, a maioría das veces para calefacción doméstico, cuartos do piso que mercar petróleo ou calefacción eléctrica. Este é un exemplo doutro tipo de transferencia de calor - convección. A convección é natural, involuntaria (extracto, e no cadro deben intercambiador) ou con accionamiento mecánico (cun ventilador, por exemplo). O último tipo é moito máis eficaz.

Con todo, o método máis eficaz de transferencia de calor - é a condutividade térmica, ou, como se chama, condución (condución de inglés -. "Condutividade"). Calquera enxeñeiro que manterá o deseño térmico do trocador de calor, sobre todo pensando sobre como elixir o equipo eficiente nun mínimo de espazo. E consegue alcanzar iso é por condución. Un exemplo disto é o máis eficaz a data TOA - Intercambiadores de calor de placas. Placa TOA por definición - un trocador de calor que traslada a calor do refrixerante a outro a través dunha parede separándoos. A máxima área de contacto posible entre ambos medios en conxunto cos verdadeiros materiais seleccionados, e as súas chapas de perfil dimensións de espesor seleccionados para minimizar o hardware, preservando as características técnicas orixinais requiridos no proceso.

tipos de intercambiadores de calor

Antes de realizar o cálculo do trocador de calor son determinadas polo seu tipo. Todos TOA pode ser dividido en dous grandes grupos: trocador de calor de recuperación e rexenerativas. A principal diferenza entre os mesmos é a seguinte: na intercambio de calor recuperativo TOA ocorre a través da parede que separa o medio dúas calor, e entrar en contacto uns cos outros en dous medios de rexeneración, moitas veces esixe mestura posterior ea separación en separadores especiais. Intercambiadores de calor regenerativos divídense en Intercambiadores de calor e de mestura con un bocal (incidente estacionaria ou intermedia). Grosso modo, un balde de auga quente, coloque no frío, ou un vaso de té quente, coloque refrixeración no frigorífico (nunca non facer!) - este é un exemplo de tal TOA mestura. Un vertido té Pires e refrixeración a el polo tanto, obter un exemplo dun intercambiador de calor regenerativo co bocal (pratiños, neste exemplo, serve bocal), que é en primeiro lugar posto en contacto co aire ambiente e ten a súa temperatura, e logo, selecciona a parte da calor de vertida en que de té quente buscando tanto levar medios ao modo de equilibrio térmico. Con todo, como xa se atopou un uso máis eficiente da condutividade térmica para transferir calor dun medio a outro, polo tanto, máis útil en termos de transferencia de calor (e amplamente utilizado) TOA hoxe - é claro, de recuperación.

cálculo térmica e estrutural

O cálculo do intercambiador de calor regenerativo se pode facer a partir dos resultados dos cálculos térmicos, hidráulicos e de resistencia. Son fundamentais, indispensables para o deseño de novos equipos e técnicas son a base para o cálculo dos modelos posteriores do mesmo tipo de liña de dispositivos. A principal tarefa do cálculo TOA térmica é para determinar a área de superficie de intercambio de calor necesaria para o funcionamento estable do intercambiador de calor e mantendo os necesarios parámetros do medio de comunicación. Moitas veces en tales cálculos enxeñeiros son datos valores arbitrarios de peso e tamaño características de equipamento futuro (material, tubos de diámetro, os sinais, as dimensións, a xeometría de feixe, tipo e álabes cara a materiais et al.), Con todo, tras a calor é tipicamente realizada intercambiador de cálculo construtivo. A pesar de todo, o primeiro enxeñeiro paso considerado área de superficie necesaria para un diámetro do tubo, por exemplo, de 60 mm, e a lonxitude do intercambiador de calor virou así uns sesenta metros, é lóxico pensar transición intercambiador de calor en plantas múltiples ou ao tipo de feixe de tubos, ou para aumentar o diámetro dos tubos.

cálculo hidráulico

cálculos hidráulicos ou hidro-mecánicas e aerodinámicas realizada para identificar e optimizar (aerodinámico) a perda de presión hidráulica no intercambiador de calor, e para calcular o consumo de enerxía para superar. Cálculo de calquera camiño, canle ou tubo para o paso do medio de calefacción confronta tarefa primaria humana - para intensificar o proceso de intercambio de calor no lugar. Isto é, un medio que pasar, eo outro é para obter o máximo de calor nun intervalo mínimo do seu curso. Que moitas veces aplicar adicional da superficie de intercambio de calor en forma de superficies das aletas desenvolvidos (para separación de sub-capa límite laminar e aumentar a turbulencia do fluxo). Óptima relación de equilibrio en perdas hidráulicas, as áreas da superficie de intercambio de calor, as características de peso e tamaño, e saída de calor retirado é o resultado do cálculo TOA térmica, hidráulica e construtiva engadido.

cálculo comprobación

Comprobación do trocador de calor se realiza no caso en que é necesario establecer unha reserva de enerxía de calquera área de superficie de intercambio de calor. A superficie da reserva por diferentes razóns e en diferentes situacións, se é así o require polos termos de referencia, se o fabricante decide facer unha marxe adicional para ser exactamente seguro de que este calor será lanzado o réxime, e para minimizar erros nos cálculos. Nalgúns casos, é necesario facer reservas para redondeo dimensións estruturais resultados noutras (evaporadores, aforrar) no cálculo da capacidade do intercambiador de calor é especialmente introducidas superficie marxe sobre a contaminación de aceite do compresor presente no circuíto de refrixeración. Si, e mala calidade da auga debe ser tido en conta. Despois dalgún tempo, o funcionamento suave de intercambiadores de calor, especialmente a temperaturas elevadas, a escoria neta sobre a superficie do aparello de permuta de calor, a redución do coeficiente de transferencia de calor e, inevitablemente, levando a unha redución da despegamento calor parasito. Polo tanto enxeñeiro competente, un cálculo do trocador de calor "auga-auga", presta especial atención á reserva adicional da superficie de intercambio de calor. Verificación de cálculo e pasar, a fin de ver como o equipo elixido traballará noutros modos, secundarias. Por exemplo, en aire acondicionado central (instalacións de abastecemento de aire) quentadores para o primeiro e segundo calefacción utilizado na estación fría, e moitas veces implica o verán para arrefriar a alimentación do aire de entrada de auga fría para o tubo de intercambiador de calor de aire. Como é que eles funcionan eo que vai dar os parámetros para avaliar o cálculo span.

estimacións de busca

cálculos TOA investigación levada a cabo a partir dos resultados do cálculo térmico e comprobación. Son necesarias, como norma xeral, para facer os últimos cambios na estrutura do dispositivo deseñado. Eles realizada para corrixir calquera ecuacións son colocados no modelo de cálculo aplicado TOA obtido empiricamente (para datos experimentais). Realización de investigación implica un cálculo de decenas e ás veces centos de cálculos por un plan especial, desenvolvido e aplicado na produción de acordo coa teoría matemática do proxecto de experimentos. Segundo os resultados revelan a influencia de diferentes condicións e cantidades físicas sobre os indicadores de rendemento TOA.

outros cálculos

O cálculo da área de trocador de calor, non se esqueza sobre a resistencia do material. Os cálculos da resistencia TOA incluír a comprobación da Unidade proxectada para tensión, fixación torcional aos máximos permitidos momentos de traballo aos detalles e os nós do futuro do intercambiador de calor. Con dimensións mínimas do produto debe ser forte, estable e garantir a operación segura en varias, mesmo nas condicións máis vigorosas.

cálculo dinámico se realiza para determinar varias características do trocador de calor en modos de operación variables.

Tipo de proxecto trocador de calor

TOA de recuperación no proxecto pode ser dividido en un número suficientemente grande de grupos. O máis coñecido e amplamente utilizado - un intercambiador de calor de placas, de aire (Tubo con aletas), de casca e de calor de tubos Intercambiadores de "tubo en tubo", cuncha e-tarxeta, e outros. Hai máis altamente tipo especializados e exóticos, por exemplo, en espiral (cóclea de intercambio) ou o rasqueta, que funcionan con fluídos viscosos ou non-newtoniana, e moitos outros tipos.

trocador de calor "tubo en tubo"

Considero o cálculo máis sinxelo do "tubo en tubo" trocador de calor. Estruturalmente, este tipo de TOA é maxima simplificada. Durante a posta en marcha do dispositivo de tubo interior, normalmente fluído de transferencia térmica quente para minimizar as perdas, e dentro do aloxamento ou no tubo exterior, o refrixerante de refrixeración de execución. Enxeñeiro de tarefas, neste caso, redúcese a determinación da lonxitude do intercambiador de calor na base da área de superficie de intercambio de calor calculada e diámetros predeterminados.

Paga a pena engadir que en termodinámica introduce o concepto de un trocador de calor ideal, que é de unidade de lonxitude infinita, onde refrescos traballar no mostrador, e entre a diferenza de temperatura totalmente accionado. O "tubo en tubo" proxecto máis próximo atende a estes requisitos. E se executar fluídos de transferencia de calor en contracorrente, será a chamada "contra-real" (en oposición a cruzada como na tarxeta TOA). presión temperatura máis efectivamente accionada cando unha organización do tráfico. Con todo, a realizar un "tubo en tubo" cálculo do trocador de calor debe ser realista e non esquecer a compoñente loxística, así como a facilidade de instalación. lonxitude evrofury - 13,5 m, e non todas as instalacións técnicas adaptadas a derrapar e instalación de equipos, tales lonxitude.

Shell e intercambiadores de calor de tubos

Polo tanto, é parte do cálculo de tal dispositivo flúe suavemente para o cálculo de cuncha e tubo intercambiador de calor. Este dispositivo, no que o feixe de tubos é dun único caso (invólucro), lavou-se por diferentes axentes de refrixeración, dependendo do equipo de destino. En condensadores, por exemplo, ser executado no revestimento refrixerante, e auga - nun tubo. Con este método de tráfico ambientes máis sinxelo e eficiente para controlar o funcionamento da unidade. Nos evaporadores, por outra banda, o refrixerante ferve nos tubos e son lavados con un líquido arrefecido (auga, salmoira, glicóis, etc). Polo tanto, o intercambiador de calor de tubos cálculo redúcese para minimizar o tamaño do equipo. Xogando co diámetro do invólucro, o diámetro eo número ea lonxitude do interior enxeñeiro aparello tubos entra o valor calculado do área da superficie de intercambio de calor.

Intercambiadores de calor de aire

Un dos máis común por trocador de calor distantes - un aletas trocador de calor tubo. Son chamados de bobinas. Onde non só axustado varios de Fancoile (do inglés. + Fan Coil, é dicir, "fan" + "Coil") en bloques internos sistemas para Recuperador de gases xigante (selección de calor dividida do gas de combustión quente e transferencia lo para o quecemento) en caldeiras en CHP. É por iso que o cálculo do trocador de bobina depende da aplicación, onde a calor entra en funcionamento. refrixeradores de aire industriais (VOPy) instalados na carne conxelada-choque cámaras, en congeladores á xeada e outros obxectos da refrixeración de alimentos, esixen certas características estruturais na súa concepción. Distancia entre a Lamela (fin) debe ser maximizada para aumentar o tempo de operación continua entre ciclos de descongelação. Vaporizadores para DCS (centro de datos), pola contra, é posible unha distancia de fixación mezhlamelnye máis compacta a un mínimo. Tales Intercambiadores de calor están funcionando na "zona pura", rodeado por un filtro fino (ata o grao HEPA), con todo, este cálculo é levado a cabo do intercambiador de calor tubular cunha énfase en minimizar as dimensións globais.

Intercambiadores de calor de placas

Actualmente busca estable para Intercambiadores de calor de placas. Segundo a súa concepción construtiva, son totalmente vedado e semi-soldada, e mednopayanymi nikelpayanymi, soldada e método de difusión brasagem (sen soldadura). deseño térmica do intercambiador de calor de tarxeta é suficientemente flexible e non é particularmente difícil de enxeñeiro. O proceso de selección pode xogar placas tipo, que forman canles profundos, de aletas, de espesor de aceiro, materiais diferentes e, o máis importante - moitos modelos de tamaño estándar de dispositivos de tamaños diferentes. Tales Intercambiadores de calor son baixas e de ancho (para o quecemento de vapor de auga) ou (Intercambiadores de calor de separación de sistemas de aire acondicionado) altos e estreitos. Son moitas veces usadas, e un medio cunha transición de fase, é dicir, como condensadores, evaporadores, refrixeradores de vapor, predkondensatorov e así por diante. D. Executar deseño térmico de intercambiador de calor operando a un patrón bifásico, un pouco máis duro do que o intercambiador de calor do "líquido-líquido", pero para enxeñeiro experimentado este problema pode ser resolto e non é especialmente difícil. Para facilitar estes cálculos modernos deseñadores de enxeñaría usan base de datos de ordenador, onde podes atopar unha gran cantidade de información necesaria, incluíndo o diagrama de fases de calquera refrixerante en calquera modo de raia, por exemplo, un programa CoolPack.

Cálculo Exemplo intercambiador

O principal obxectivo do cálculo é un cálculo da área de superficie de intercambio de calor necesario. Heat (refrixeración) de enerxía é xeralmente especificado nos termos de referencia, pero no noso exemplo, imos calcular e ela, para, digamos, unha comprobación da especificación de requisitos. Ás veces tamén ocorre que os datos orixinais poden rastexaren erro. Unha das tarefas dun enxeñeiro competente - este erro para atopar e corrixir. Como un exemplo, realizar o cálculo intercambiador de calor de placas do "líquido - líquido". Que sexa un circuíto separador (interruptor de presión) na construción de rañaceos. A fin de aliviar a presión sobre o equipo, a construción de rañaceos moi frecuentemente utilizado esta visión. Dun lado do intercambiador de calor ten auga na entrada Tvh1 = 14 ᵒS e saída Tvyh1 = 9 ᵒS, e un G1 taxa de fluxo = 14 500 kg / h, e no outro - é tamén auga, pero aquí os seguintes parámetros: Tvh2 = 8 ᵒS, Tvyh2 ᵒS = 12, G2 = 18 125 kg / h.

potencia necesaria (Q0) calcular a fórmula equilibrio térmico (ver a figura anterior, a fórmula 7.1 ..), Onde Cp - Capacidade térmica específica (valor da táboa). Para simplicidade de cálculos Estes valores teñen a capacidade de calor EOT = 4,187 [kJ / kg * ᵒS]. consideramos:

Q1 = 14 * 500 (14 - 9) * 4,187 = 303557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84321,53 kW - o primeiro lado e

Q2 = 18 125 * (12 - 8) * = 4,187 303557,5 [kJ / h] = W = 84,3 84321,53 kW - sobre a segunda parte.

Nótese que, segundo a fórmula (7.1), Q0 = Q1 = Q2, independentemente de que lado do cálculo efectuado.

Ademais, na ecuación de transferencia de calor principal (7.2), atopamos a área de superficie necesaria (7.2.1), onde k - coeficiente de transferencia de calor (asumida como igual a 6,350 [W / ^m2]), e ΔTsr.log. - diferenza media-temperatura, calcúlase pola fórmula (7.3):

? T sr.log. = (2 - 1) / ln (2/1) = 1 / ln2 = 1 / 0,6931 = 1,4428;

M é = 84321/6350 * 1,4428 = 9,2 m ^2.

No caso de que o coeficiente de transferencia de calor é descoñecida, o cálculo é lixeiramente máis complicado intercambiador de calor de placas. Fórmula (7,4) son considerados número de Reynolds onde ρ - densidade [kg / ^m3] η - viscosidade dinámica, [N * s / m ^2] V - velocidade do medio na canle [m / s], d centímetros - diámetro do furado molhável [m].

A partir da táboa que buscan o valor requirido de Prandtl [PR], ea fórmula (7.5), obtense o número de Nusselt, onde n = 0,4 - un líquido condicións de calefacción, e n = 0,3 - refrixeración en condicións netas.

Ademais, a fórmula (7.6) calcúlase o coeficiente de transferencia de calor a partir do líquido de refrixeración cada unha das paredes, ea fórmula (7.7) é asumido coeficiente de transferencia de calor, o cal é substituído na fórmula (7.2.1) para calcular a área de superficie de intercambio de calor.

Nas fórmulas anteriores, λ - coeficiente de condución térmica, ϭ - o espesor da parede da canle, .1 e α2 - transferencia de calor de cada un dos coeficientes de parede a transferencia de calor.